飞机大部件自动对接自动定位系统多轴联动控制系统研究

摘要

国内多轴联动控制技术多用于复杂自动控制生产线、多轴数控机床和机器人运动控制。而应用于飞机装配方面还不成熟，为了使飞机装配更加的自动化、智能化，必须深入研究多轴联动控制技术在飞机大部件对接平台的应用问题。本论文是以江西省科技计划项目（支撑计划）“教练机大部件自动对接技术研究及自动对接平台研制”（20133BBE50022）和江西省研究生创新基金项目“教练机翼身柔性自动对接关键技术研究”（YC2013-S220）为任务背景,着重研究如何对自动定位器内多台伺服电机实施联动控制问题。在充分考虑了系统成本、系统维护、系统可靠性等诸多因素的情况下，提出了一种由计算机、可编程控制器（PLC）、变频器、伺服电机等构成的多轴联动控制系统的方案。本文主要内容如下：
　　（1）研究分析了柔性自动定位器的设计原理和结构。在飞机大部件对接系统中，自动定位装置执行飞机大部件的调姿任务。每台定位装置具有三自由度，由内部的伺服电机带动定位装置在X、Y、Z轴三个方向上运动。本文对自动定位装置内部伺服电机的数学模型和机械传动系统进行了描述和分析。
　　（2）深入分析了西门子S7-200系列PLC的工作原理、型号的选择和通信协议等。论文从发展趋势、工作原理及功能特点和系统结构几个方面对可编程控制器进行了分析，着重分析了西门子S7-200系列PLC的工作原理、型号的选择和通信协议等，为多轴联动控制系统设计做好了准备。
　　（3）提出了一种基于模糊PID控制的多轴联动控制方案，该方案降低了系统成本，提高了对应控制系统的可靠性。论文着重分析了多轴联动控制方法的原理和特点，采用一种主从补偿同步的控制方式，提出了一种基于模糊PID控制的多轴联动控制方案，并对模糊PID控制器进行了设计。与传统PID控制相比较，该方案降低了控制系统成本，提高了对应控制系统的可靠性。
　　（4）实现设备之间的通讯，搭建了多轴联动控制系统监控平台。采用自由口通信的方式实现了PLC与监控计算机的通讯，并加入了软件握手的方式确保通信过程中的协调性。通过USS协议实现了PLC与变频器的通讯，并重点讨论了变频器的控制方法和程序设计，PLC可以实时读取和设置变频器的参数。利用组态王软件搭建了多轴联动控制系统监控界面，描述了界面搭建过程，通过计算机能对整个控制系统设备工作状态进行实时监控，实现了监控系统的设计。该监控平台能让用户更直观、方便监控系统的工作状态。

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目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 飞机大部件自动对接

1.3 多轴联动控制技术概况

1.4 课题来源及研究内容

本章小结

第2章 飞机大部件对接的柔性自动定位系统

2.1 柔性自动定位装置的设计原则

2.2 柔性自动定位装置结构及工作原理

2.3 柔性自动定位器位置伺服系统

本章小结

第3章 PLC的分析与应用

3.1 PLC的应用

3.2 PLC的工作原理和功能特点

3.3 PLC控制系统的介绍

3.4 PLC的选型

3.5 西门子 S7 200 PLC

本章小结

第4章 多轴联动控制系统的分析与设计

4.1 控制方案研究

4.2 系统硬件组成

4.3 基于模糊PID的多轴联动控制

4.4 电机转速测量

4.5 多轴联动控制软件编程

本章小结

第5章 系统通讯与监控界面设计

5.1 PLC与计算机的通讯

5.2 PLC与变频器的通讯

5.3 系统调试

5.4 监控界面设计与研究

本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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